شناسايي رفتار عملگر از جنس كامپوزيت‌هاي فلزي پليمري يوني به روش پارامترهاي وابسته به متغير حالت

Identification of Ionic Polymer Metal Composite Actuator Using State-Dependent Parameter Method

كامپوزيت‌هاي پليمري فلزي يوني گروهي از مواد پليمري الكترواكتيو هستند كه براثر اعمال ولتاژهاي پايين و در نتيجه حركت كاتيون هاي داخل پليمر، دچار تغيير شكل مكانيكي مي شوند. اين مواد كاربردهاي زيادي در علوم مختلف از قبيل رباتيك، تجهيزات مهندسي پزشكي و ماهيچه هاي مصنوعي دارند. از آن جا كه در مكانيزم تحريك اين عملگرها اصول شيميايي، فيزيكي، مكانيكي و الكتريكي حاكم است، بنابراين جزو مسايل چند حوزه‌اي قرار مي‌گيرند. لذا مدل كردن آن ها براساس قوانين فيزيكي كار بسيار پيچيده و طاقت فرسايي است. در اين پژوهش، يك مدل گسسته جديد با پارامترهاي وابسته به متغير هاي حالت جهت شناسايي رفتار غيرخطي عملگر كامپوزيتي فلزي پليمري يوني ارايه مي شود. رفتار غيرخطي سيستم شناسايي شده، توسط ضرايبي كه تابعي از حالت هاي ورودي و خروجي هستند نشان داده مي شود. با استفاده از الگوريتم پارامترهاي وابسته به متغير حالت (اس دي پي) مدل عملگر از اطلاعات ورودي- خروجي سيستم شناسايي شده و پارامترهاي متغير سيستم كه تابعي از ورودي ها و خروجي هاي لحظات قبل هستند تخمين زده مي شوند. روش پيشنهادي با نتايج موجود مقايسه شده كه نتايج بدست آمده بيانگر دقت بالاي مدل پيشنهادي مي باشد.

Ionic polymer metal composite (IPMC) actuator is a group of electro-active polymers (EAPs) which bend in response to a relatively low electrical voltage because of the motion of cations in the polymer network. IPMC has a wide range of applications in robotics, biomedical devices and artificial muscles. The modeling of the IPMC actuator is a multi-physics task as it involves the electricity, chemistry, dynamics and control fields. Due to its complexity and nonlinearity, IPMC modeling is difficult in terms of mathematics and its behavior is still not fully agreed upon by researchers. This paper presents a novel discrete-time model with state-dependent parameters (SDP) for identification of the nonlinear response of an IPMC actuator. A single-input single-output nonlinear identification algorithm is formulated and demonstrated for an IPMC actuator that exhibits both soft and hard nonlinearities. The nonlinear characteristics of the identified system are represented with coefficients which are a function of the input and output states. Following the SDP algorithm, the model is identified from input–output data to represent the model parameters as functions of past inputs and outputs. The proposed modeling approach is validated using an existing model and shows exact representation of the non-linear behavior of the IPMC actuator.